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DNA als ein neues Nano-Baumaterial

Die Struktur der DNA ermöglicht es, DNA-Sequenzen zu entwerfen, die durch komplementäre Nukleobasenerkennung spontan Objekte bilden können. Dadurch wird DNA zum vielseitigsten Baumaterial für Nanoarchitekturen.
DNA als ein neues Nano-Baumaterial
Die Verwendung von modifizierten Nukleosiden in der Nanotechnologie ist ein neuer spannender Trend. Doch bisher wurden nur wenige erfolgreiche Durchführungen der integrierten Funktionen demonstriert. Das EU-finanzierte Projekt NANO-DNA (Functional DNA nanomaterials) hat dieses wissenschaftliche Feld vorangetrieben, indem es Designer-Moleküle in chemisch modifizierte Nukleoside einfügte, um eine spezifische Funktion hinzuzufügen.

Die erste schwierigste Projektaufgabe war die Entwicklung von Techniken, um molekulare Drähte entlang von ausgelegten Spuren auf DNA-Templates zu erstellen. Die Forscher synthetisierten erfolgreich diese Art von Drähten mit Porphyrin-DNA und ihre künftige detaillierte Auswertung wird die Grundlage für die präzise Erstellung von nanoskaligen elektronischen Drähten legen.

Das DNA-basierte Gerüst erwies sich als ein ausgezeichnetes Ausgangsmaterial für nanoskaliges Bio-Templating für die molekulare Elektronik oder plasmonische Schaltungen. Die Wissenschaftler synthetisierten mehrere gleichartige Systeme mit unterschiedlicher Anzahl von Porphyrin-Einheiten, die an DNA gebunden sind.  Eine davon wurde als Vermittler bei der Energieübertragung zwischen elektronisch aktiven Komponenten in selbstorganisierenden Lichtröhren entwickelt und zeigte eine effiziente Energieübertragung von > 20 nm. Die zweite wurde als Draht für den Elektronentransport quer über Membranen verwendet. Dieses System wurde verwendet, um erfolgreich die kleinstmögliche DNA-basierte Membran-Nanopore zu erschaffen und es wurde der Ionentransport entlang der DNA durch die Membran nachgewiesen.

Schließlich zeigten die Forscher, dass Porphyrin-Einheiten für die photodynamische Krebstherapie angewendet werden können, um die Empfindlichkeit zu erhöhen. Die Einführung von modifizierten Porphyrinen wurde durch enzymatische Verlängerung von DNA-Ketten durch Telomerase erreicht, welches die Unsterblichkeit von Krebszellen verursacht. Die Kombination von Telomerase-Hemmung mit der photodynamischen Therapie produzierte viel versprechende Ergebnisse in Bezug die therapeutische Wirksamkeit bei Hautkrebs.

Die Projektstudien brachten einen völlig neuen Ansatz hervor, um Designer-Moleküle mit dem Ziel einzubinden, bestimmte programmierte Funktionen hinzuzufügen. Die künftige Anwendung dieser Systeme würde bahnbrechende Fortschritte in der Elektronik, Photovoltaik und Medizin hervorbringen.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

DNA, Nano-Konstruktion, modifizierte Nukleoside, NANO-DNA, Porphyrin, Photodynamischen, Krebsbehandlung
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